JP2508441B2 - Memory device - Google Patents

Memory device

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JP2508441B2
JP2508441B2 JP62133992A JP13399287A JP2508441B2 JP 2508441 B2 JP2508441 B2 JP 2508441B2 JP 62133992 A JP62133992 A JP 62133992A JP 13399287 A JP13399287 A JP 13399287A JP 2508441 B2 JP2508441 B2 JP 2508441B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、半導体素子を用いて所定の情報を記憶する
DRAM(ダイナミックRAM)等のメモリ装置に関し、特に
情報を増幅し読み出し動作する所謂ゲインセル構造のメ
モリ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention uses a semiconductor device to store predetermined information.
The present invention relates to a memory device such as DRAM (dynamic RAM), and more particularly to a so-called gain cell structure memory device which amplifies and reads information.

B.発明の概要 本発明は、半導体素子を用いて所定の情報を記憶する
メモリ装置において、そのメモリセルを、ソース,ドレ
インがそれぞれワード線,ビット線に接続されるMISト
ランジスタと、そのMISトランジスタのゲートとビット
線との間に接続するダイオードと、そのゲートに所定電
位を与えるスィッチ手段とにより構成することにより、
メモリ装置のメモリセル等の高密度化等を実現するもの
である。
B. Summary of the Invention The present invention relates to a memory device for storing predetermined information by using a semiconductor element, the memory cell having a source and a drain connected to a word line and a bit line, respectively, and the MIS transistor. Of the diode connected between the gate and the bit line, and the switch means for applying a predetermined potential to the gate,
The present invention realizes high density of memory cells of a memory device.

C.従来の技術 メモリ装置の一例として、メモリセル内のキャパシタ
に情報を記憶するDRAMが広く知られている。
C. Conventional Technology As an example of a memory device, a DRAM that stores information in a capacitor in a memory cell is widely known.

ここで、一般的なDRAMのメモリセルの構造について説
明すると、まずメモリセルは1つのメモリセルに1つの
アクセストランジスタと1つのキャパシタを有する構成
とされ、例えば、ワード線がアクセストランジスタのゲ
ートとされて、ビット線がそのアクセストランジスタの
一方の不純物拡散領域に接続すると共に、キャパシタが
そのアクセストランジスタの他方の不純物拡散領域に接
続される。
Here, the structure of a general DRAM memory cell will be described. First, a memory cell is configured to have one access transistor and one capacitor in one memory cell. For example, a word line serves as a gate of the access transistor. The bit line is connected to one impurity diffusion region of the access transistor, and the capacitor is connected to the other impurity diffusion region of the access transistor.

そして、読み出し時や書き込み時には、ワード線に所
定の信号が供給されて、上記アクセストランジスタがオ
ン状態とされ、メモリセルのキャパシタがビット線と導
通して、所定の読み出し動作や書き込み動作が行われ
る。また、記憶保持動作を行う時では、ワード線の信号
よりアクセストランジスタがオフ状態とされ、ビット線
との間が遮断されてなるキャパシタに情報が電荷のかた
ちで蓄積されることになる。
Then, at the time of reading or writing, a predetermined signal is supplied to the word line, the access transistor is turned on, the capacitor of the memory cell is electrically connected to the bit line, and a predetermined read operation or write operation is performed. . Further, when the memory holding operation is performed, the access transistor is turned off by the signal of the word line, and the information is stored in the form of electric charge in the capacitor which is disconnected from the bit line.

また、このようなメモリセルの構造を有するメモリ装
置のセルの配列としては、フォールディドビットライン
構成の他に、センスアンプを中心に左右に一対のビット
線を振り分けた構成のオープンビットライン構成が知ら
れている。そして、このようなオープンビットライン構
成を採用することで、メモリセルを高密度に配列するこ
とが可能となる。
As an array of cells of a memory device having such a memory cell structure, in addition to a folded bit line configuration, an open bit line configuration having a pair of left and right bit lines distributed around a sense amplifier is used. Are known. Then, by adopting such an open bit line configuration, it becomes possible to arrange the memory cells at a high density.

D.発明が解決しようとする問題点 一般的に、DRAM等のメモリ装置においては、その高密
度化,微細化が要求されている。
D. Problems to be Solved by the Invention In general, memory devices such as DRAMs are required to have higher densities and miniaturization.

しかしながら、上述の如き1つのアクセストランジス
タと1つのキャパシタからなるセル構成を有するメモリ
装置の微細化を図った場合では、サブスレショルド特性
によりトランジスタの微小電流が増加する。このため、
キャパシタをより大きくする必要が生ずることになり、
これはメモリセルでのキャパシタの面積を増加させるこ
とになって明らかに微細化の要求に反することになる。
However, when a memory device having a cell configuration including one access transistor and one capacitor as described above is miniaturized, a minute current of the transistor increases due to the subthreshold characteristic. For this reason,
It will be necessary to make the capacitor larger,
This increases the area of the capacitor in the memory cell, which obviously violates the demand for miniaturization.

また、セルの情報の読み出しには、センスアンプの能
力から、例えば数十fF程度の容量が必要であり、メモリ
セルを小さくしてもキャパシタを小さくすることが困難
である。
In addition, reading information from a cell requires a capacitance of, for example, several tens of fF due to the capability of the sense amplifier, and it is difficult to reduce the capacitor even if the memory cell is reduced.

さらに、メモリセルを高密度に配列しようとすると、
上述のオープンビットライン構成を採らざるを得ない
が、オープンビットライン構成は、そのノイズマージン
が小さく、例えば64Mビットのメモリ装置に採用するこ
とに技術的な困難性がある。
Furthermore, when trying to arrange memory cells in high density,
Although the above-mentioned open bit line configuration has to be adopted, the open bit line configuration has a small noise margin, and it is technically difficult to adopt it in, for example, a 64 Mbit memory device.

一方、このような問題を解決するためのメモリセルの
構造として、キャパシタの信号を増幅するゲインセル構
成のメモリ装置が考えられているが、一般にゲインセル
の構成素子はその数が多く、また、構造も複雑なため、
高密度化が容易ではない。
On the other hand, as a structure of a memory cell for solving such a problem, a memory device having a gain cell structure for amplifying a signal of a capacitor is considered, but generally, the number of components of the gain cell is large, and the structure is also large. Because of the complexity
High density is not easy.

そこで、本発明は、上述の問題点に鑑み、メモリセル
の高密度化等を容易に実現するメモリ装置の提供を目的
とする。
In view of the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to provide a memory device that easily realizes high density of memory cells.

E.問題点を解決するための手段 本発明は、第1の不純物拡散領域がワード線に接続さ
れ第2の不純物拡散領域がビット線に接続されるMISト
ランジスタと、上記ビット線に一方の電極が接続され上
記MISトランジスタのゲートに他方の電極が接続される
ダイオードと、上記MISトランジスタのゲートに所定電
位を与えるスィッチ手段よりなるメモリセルを有するメ
モリ装置により上述の問題点を解決する。
E. Means for Solving the Problems In the present invention, a MIS transistor in which a first impurity diffusion region is connected to a word line and a second impurity diffusion region is connected to a bit line, and one electrode of the bit line is provided. The above-mentioned problem is solved by a memory device having a memory cell including a diode connected to the gate of the MIS transistor and the other electrode connected to the gate of the MIS transistor, and a memory cell including a switch means for applying a predetermined potential to the gate of the MIS transistor.

F.作用 上記MISトランジスタは、ワード線とビット線に各々
不純物拡散領域が接続されており、したがって、そのゲ
ートの電位によって、ワード線とビット線の間の断続が
制御される。すなわち、読み出し時には、ゲートの電位
を上記MISトランジスタで増幅し、それをビット線に伝
えることができる。このため微細化を図ってもキャパシ
タ等の面積を問題にすることもなく、オープンビットラ
イン構成にできる。ゲートの電位はダイオードを介して
ビット線から与えられる。ダイオードの整流作用からゲ
ートの寄生容量に蓄積された電荷は、そのまま保持さ
れ、これが記憶動作となる。書き込み時には、ゲートの
寄生容量に蓄積された電荷をリセットする必要がある
が、上記スィッチ手段によってゲートの電位が所定の電
位に制御され上記電荷はリセットされる。このようなダ
イオードおよびスィッチ手段のみをMISトランジスタに
組み合わせたメモリセル構成で、確実な記憶動作,読み
出し書き込み動作が可能であり、容易な高密度化が実現
される。
F. Action In the above MIS transistor, the impurity diffusion regions are connected to the word line and the bit line, respectively. Therefore, the potential of the gate controls the connection / disconnection between the word line and the bit line. That is, at the time of reading, the gate potential can be amplified by the MIS transistor and transmitted to the bit line. Therefore, even if miniaturization is attempted, an open bit line configuration can be achieved without causing a problem with the area of the capacitor or the like. The potential of the gate is given from the bit line through the diode. The charges accumulated in the parasitic capacitance of the gate due to the rectifying action of the diode are retained as they are, and this becomes the storage operation. At the time of writing, it is necessary to reset the charges accumulated in the parasitic capacitance of the gate, but the switch means controls the potential of the gate to a predetermined potential and the charges are reset. With such a memory cell configuration in which only the diode and the switch means are combined with the MIS transistor, reliable storage operation and read / write operation are possible, and easy densification is realized.

G.実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明す
る。
G. Embodiment A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1の実施例 まず、本実施例のメモリ装置の構造について、第1図
を参照しながら説明する。
First Embodiment First, the structure of the memory device of this embodiment will be described with reference to FIG.

本実施例のメモリ装置は、第1図にしめすように、第
1の不純物拡散領域11がワード線WLに接続され且つ第2
の不純物拡散領域12がビット線BLに接続されるMISトラ
ンジスタとしてのPMOSトランジスタ1と、上記ビット線
BLに一方の電極が接続され且つ上記MISトランジスタの
ゲート13に他方の電極が接続されるダイオード2と、上
記MISトランジスタのゲート13に所定電位を与えるスィ
ッチ手段SWよりなるメモリセルを有している。
In the memory device of this embodiment, as shown in FIG. 1, the first impurity diffusion region 11 is connected to the word line WL and the second impurity diffusion region 11 is connected to the word line WL.
Of the PMOS transistor 1 as the MIS transistor whose impurity diffusion region 12 is connected to the bit line BL, and the bit line
It has a diode 2 having one electrode connected to BL and the other electrode connected to the gate 13 of the MIS transistor, and a memory cell comprising a switch means SW for applying a predetermined potential to the gate 13 of the MIS transistor. .

上記PMOSトランジスタ1は、その第1の不純物拡散領
域11がワード線WLに接続され、第2の不純物拡散領域12
がビット線BLに接続される。このため当該PMOSトランジ
スタ1がオン状態である時は、ワード線WLとビット線BL
が導通することになり、PMOSトランジスタ1がオフ状態
である時は、ワード線WLとビット線BLは非導通の状態と
なる。このPMOSトランジスタをオン状態とするかオフ状
態とするかは、PMOSトランジスタ1の上記ダイオード2
に接続するゲート13の電位で決まる。すなわち、ゲート
13の寄生容量には、上記ダイオード2を介して電荷が蓄
積され、その蓄積された電荷を用いてビット線BLへのワ
ード線WLの断続を制御している。このようにPMOSトラン
ジスタ1には、ゲート13の電位に応じた増幅機能があ
り、したがって、キャパシタ等の面積を増大させること
もなく、十分なセルの出力を得ることができる。また、
その増幅機能から、読み出しに十分な出力信号をビット
線を現すことができ、オープンビットライン構成として
もノイズマージンが十分に確保される。なお、ゲートの
容量は大きい方が好ましく、例えば他の容量の10倍程度
とすることが動作上有利である。
In the PMOS transistor 1, the first impurity diffusion region 11 is connected to the word line WL and the second impurity diffusion region 12 is
Are connected to the bit line BL. Therefore, when the PMOS transistor 1 is on, the word line WL and the bit line BL
When the PMOS transistor 1 is off, the word line WL and the bit line BL are non-conductive. Whether the PMOS transistor is turned on or turned off depends on the diode 2 of the PMOS transistor 1.
It is determined by the potential of the gate 13 connected to. Ie the gate
Charges are accumulated in the parasitic capacitance of 13 through the diode 2, and the accumulated charges are used to control the connection / disconnection of the word line WL to the bit line BL. As described above, the PMOS transistor 1 has an amplifying function according to the potential of the gate 13, and therefore a sufficient cell output can be obtained without increasing the area of the capacitor or the like. Also,
Due to the amplification function, a bit line can output an output signal sufficient for reading, and a sufficient noise margin can be secured even with an open bit line configuration. It is preferable that the capacitance of the gate is large, and for example, it is advantageous in operation to set the capacitance to about 10 times that of other capacitors.

上記ダイオード2は、上記ビット線BLに一方の電極で
あるP型不純物拡散領域が接続され且つ上記PMOSトラン
ジスタのゲート13に他方の電極であるN型不純物拡散領
域が接続される。したがって、ダイオードの整流機能か
ら、電流はビット線BLからPMOSトランジスタ1のゲート
13側へと流れ、これが上記PMOSトランジスタ1のゲート
13の容量に蓄積されることになる。すなわち、ビット線
BLの電位を当該ダイオード2を介してPMOSトランジスタ
1のゲート13に保持させることができる。
In the diode 2, the P-type impurity diffusion region which is one electrode is connected to the bit line BL, and the N-type impurity diffusion region which is the other electrode is connected to the gate 13 of the PMOS transistor. Therefore, due to the rectification function of the diode, the current flows from the bit line BL to the gate of the PMOS transistor 1.
It flows to the 13 side, and this is the gate of the PMOS transistor 1
It will be stored in 13 capacities. Ie, the bit line
The potential of BL can be held in the gate 13 of the PMOS transistor 1 via the diode 2.

上記スィッチ手段SWは、本実施例においては、接地電
位をPMOSトランジスタ1のゲート13に与えることができ
る。PMOSトランジスタ1のゲート13は、前述のように、
情報信号に応じた電荷が上記ダイオード2を介して蓄積
されるが、記憶内容を書き換える時では、その蓄積され
た電荷をリークさせる必要があり、このためスィッチ手
段SWが設けられている。スィッチ手段SWがオン状態とさ
れた時では、上記PMOSトランジスタ1のゲート13の電位
は接地電位となり、ゲート13に蓄積された情報信号はリ
セットされた状態となる。また、スィッチ手段SWがオフ
状態とされた時では、上記PMOSトランジスタ1のゲート
13の電位はそのまま情報信号に応じた電位を保持する。
なお、スィッチ手段としては、MOSトランジスタやバイ
ポーラトランジスタを用いることができ、他の断続機能
を有する素子であっても良い。
The switch means SW can supply the ground potential to the gate 13 of the PMOS transistor 1 in this embodiment. As described above, the gate 13 of the PMOS transistor 1 has
The charge corresponding to the information signal is accumulated through the diode 2, but when the stored contents are rewritten, the accumulated charge needs to be leaked, and therefore the switch means SW is provided. When the switching means SW is turned on, the potential of the gate 13 of the PMOS transistor 1 becomes the ground potential, and the information signal stored in the gate 13 is reset. Further, when the switching means SW is turned off, the gate of the PMOS transistor 1 is
The potential of 13 holds the potential according to the information signal as it is.
A MOS transistor or a bipolar transistor can be used as the switch means, and another element having an intermittent function may be used.

次に、第2図および第3図を参照しながら、本実施例
のメモリ装置の動作について説明する。なお、信号ΦSW
はスィッチ手段SWに供給される信号であり、信号ΦWLは
ワード線WLの信号(電位)であり、信号ΦBLはビット線
の信号(電位)である。また、Fは第1図中のF点(PM
OSトランジスタのゲート13)の電位を示す。
Next, the operation of the memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the signal ΦSW
Is a signal supplied to the switch means SW, the signal ΦWL is the signal (potential) of the word line WL, and the signal ΦBL is the signal (potential) of the bit line. In addition, F is the point F (PM
It shows the potential of the gate 13) of the OS transistor.

まず、第2図を参照しながら、本実施例のメモリ装置
の書き込み時の動作の一例について説明すると、当初、
ΦSWはオフとされる電位であり、ビット線BLの信号ΦBL
は“L"レベル(ローレベル:接地電圧)であり、ワード
線WLの信号ΦWLは“H"レベル(ハイレベル:電源電圧)
である。また、この時、F点の電位は前の情報信号に応
じて“H"レベル(図中実線で示す。)若しくは“2H"レ
ベル(“H"レベルの約2倍の電位,図中破線で示す。)
の何れかになる。
First, an example of the write operation of the memory device of this embodiment will be described with reference to FIG.
ΦSW is the potential to be turned off, and the signal ΦBL on the bit line BL
Is the “L” level (low level: ground voltage), and the signal ΦWL on the word line WL is the “H” level (high level: power supply voltage)
Is. At this time, the potential at the point F is "H" level (shown by a solid line in the figure) or "2H" level (a potential about twice the "H" level, a broken line in the figure) according to the previous information signal. Show.)
It becomes either.

次に、時刻t1で、信号ΦSWがオフの電位からオンの電
位へと変化し、上記スィッチ手段SWがオン状態となる。
すると、PMOSトランジスタ1のゲート電位であるF点の
電位は接地電圧すなわち“L"レベルにされる。このよう
にF点の電位が“L"レベルとなった場合には、いつでも
ダイオード2を介してビット線BLの電位(信号ΦBL)を
蓄積して行くことが可能となる。そして、上記ワード線
WLの電位である信号ΦWLが“H"レベルから“L"レベルへ
と変化し、時刻t2ではメモリセルの全域が“L"レベルの
電位とされ、リセットの状態となる。
Next, at time t 1 , the signal ΦSW changes from the off potential to the on potential, and the switch means SW is turned on.
Then, the potential at the point F, which is the gate potential of the PMOS transistor 1, is set to the ground voltage, that is, the "L" level. As described above, when the potential at the point F becomes the “L” level, the potential of the bit line BL (signal ΦBL) can be accumulated via the diode 2 at any time. And the word line
The signal ΦWL, which is the potential of WL, changes from the “H” level to the “L” level, and at time t 2 , the entire area of the memory cell is set to the “L” level potential and is in the reset state.

次に、スィッチ信号ΦSWはオフの電位とされ、F点は
接地とは非導通とされる。そして時刻t3でビット線BLに
書き込み信号(信号ΦBL)が供給される。信号ΦBLが
“L"レベルである時(図中、実線で示す。)には、F点
の電位はそのまま“L"レベルのままにされる。このとき
PMOSトランジスタは、ソース,ドレイン,ゲートの全て
が“L"レベルであるため、導通しない。逆に、信号ΦBL
が“H"レベルとなる時(図中、破線で示す。)には、F
点の電位は“L"レベルから“H"レベルに変動する(図中
破線で示す)。これはビット線BLの電荷がダイオード2
を介してF点に流れ込むからである。このときPMOSトラ
ンジスタ1は、ビット線BLと接続する第2の不純物拡散
領域が“H"レベルであって、ワード線WLと接続する第1
の不純物拡散領域が“L"レベルであるが、ゲートが“H"
レベルとされてオフ状態になる。このように、時刻t3
は、F点の電位が情報信号に応じて変動し、これがゲー
ト容量として蓄積される。また、PMOSトランジスタ1
は、ゲートの電位に拘わらず常にオフ状態にされる。
Next, the switch signal ΦSW is set to the off potential, and the point F is not electrically connected to the ground. Then, at time t 3 , the write signal (signal ΦBL) is supplied to the bit line BL. When the signal ΦBL is at the “L” level (indicated by the solid line in the figure), the potential at the point F is kept at the “L” level. At this time
The PMOS transistor does not conduct because the source, drain, and gate are all at the "L" level. Conversely, the signal ΦBL
F becomes "H" level (indicated by a broken line in the figure), F
The potential at the point fluctuates from "L" level to "H" level (shown by the broken line in the figure). This is because the charge on the bit line BL is diode 2
This is because it flows into the point F via. At this time, in the PMOS transistor 1, the second impurity diffusion region connected to the bit line BL is at the “H” level and the first impurity connection region connected to the word line WL.
The impurity diffusion region is at "L" level, but the gate is at "H"
It is set to level and turned off. Thus, at time t 3 , the potential at point F fluctuates according to the information signal, and this is accumulated as the gate capacitance. Also, PMOS transistor 1
Is always turned off regardless of the potential of the gate.

次に、時刻t4で、ワード線WLの信号ΦWLが“L"レベル
から“H"レベルへと変化する。このようにワード線WLの
電位を“H"レベルにすることで、上記ゲート容量に蓄積
された情報信号が保持される。すなわち、ワード線WLの
電位を“H"レベルへと変化させることで、ゲートの電位
(F点の電位)はワード線WLの信号ΦWLに追従し、F点
の電位が“H"レベルであった場合には“2H"レベルまで
電位が上昇し(図中破線で示す。)、F点の電位が“L"
レベルであった場合には“H"レベルまで電位が上昇する
(図中実線で示す。)ことになる。
Next, at time t 4 , the signal ΦWL on the word line WL changes from the “L” level to the “H” level. By thus setting the potential of the word line WL to the “H” level, the information signal accumulated in the gate capacitance is held. That is, by changing the potential of the word line WL to the “H” level, the gate potential (potential at the F point) follows the signal ΦWL of the word line WL, and the potential at the F point is at the “H” level. In case of, the potential rises to the “2H” level (shown by the broken line in the figure), and the potential at point F becomes “L”.
If it is at the level, the potential rises to the “H” level (shown by the solid line in the figure).

このようにF点の電位を“H"レベル若しくは“2H"レ
ベルに保持することで、ビット線BLの電位(“L"レベル
から“H"レベルの間でスイングする。)に拘わらずダイ
オード2は導通せず、確実に情報は保持される。また、
PMOSトランジスタ1もオフ状態であり続け、したがっ
て、同じビット線のメモリセルが選択されているとき
に、そのビット線を介してワード線同士が導通すること
もない。
By holding the potential at the point F at the “H” level or the “2H” level in this manner, the diode 2 is irrespective of the potential of the bit line BL (swing between the “L” level and the “H” level). Does not conduct, and information is reliably retained. Also,
The PMOS transistor 1 also remains in the off state, and therefore, when the memory cell on the same bit line is selected, the word lines do not become conductive via the bit line.

なお、上述の書き込み時の動作において、ビット線BL
へ情報信号を現せるタイミングは上記時刻t3に限らず、
それ以前の時刻とすることもできる。また、ダイオード
2と直列に抵抗を入れること等で、ワード線WLを“L"レ
ベルにするタイミングを遅らせることも可能である。ま
た、保持動作の際には、PMOSトランジスタ1およびダイ
オード2がオフ状態とされるため、ビット線イコライズ
等も可能である。
In the write operation described above, the bit line BL
The timing at which the information signal can appear is not limited to the above time t 3 ,
The time can be earlier than that. It is also possible to delay the timing of setting the word line WL to the “L” level by inserting a resistor in series with the diode 2. Further, since the PMOS transistor 1 and the diode 2 are turned off during the holding operation, bit line equalization or the like is also possible.

次に、第3図を参照しながら、読み出し時の動作の一
例について説明する。
Next, an example of the operation at the time of reading will be described with reference to FIG.

まず、読み出し時においては、スィッチ手段SWは常に
オフ状態とされ、信号ΦSは常にオフの電位である。ま
た、当初ワード線WLの電位としての信号ΦWLは“H"レベ
ルとされ、ビット線BLの電位である信号ΦBLは“H"レベ
ルにリセットされる。PMOSトランジスタ1のゲートの電
位であるF点の電位は、上述のように“H"レベル(図中
実線で示す。)若しくは“2H"レベル(図中破線で示
す。)とされ、この時ダイオード2及びPMOSトランジス
タ1は常にオフ状態とされている。
First, at the time of reading, the switch means SW is always in the off state, and the signal ΦS is always at the off potential. Further, the signal ΦWL as the potential of the word line WL is initially set to the “H” level, and the signal ΦBL which is the potential of the bit line BL is reset to the “H” level. The potential at the point F, which is the potential of the gate of the PMOS transistor 1, is set to the “H” level (shown by the solid line in the figure) or the “2H” level (shown by the broken line in the figure) as described above, and at this time the diode 2 and the PMOS transistor 1 are always off.

次に、時刻t5で、ワード線WLの信号ΦWLを“H"レベル
から“L"レベルに変動させる。すると、上記F点の電位
はその信号ΦWLの変動に追従して“2H"レベルであった
時は“H"レベルにされ(図中破線で示す。)、“H"レベ
ルであった時は“L"レベルにされる(図中実線で示
す。)。
Next, at time t 5 , the signal ΦWL on the word line WL is changed from the “H” level to the “L” level. Then, the potential at the point F follows the fluctuation of the signal ΦWL and is brought to the “H” level when it is at the “2H” level (shown by the broken line in the figure), and when it is at the “H” level. It is set to the “L” level (shown by the solid line in the figure).

このようなF点の電位によって、まず、F点の電位が
“H"レベルとなった時では、PMOSトランジスタ1のソー
ス,ドレイン,ゲートは全て“H"レベルの電位にあり、
このためPMOSトランジスタ1はオフ状態とされて、ビッ
ト線BLの電位の変動はなく、図中破線で示す如く信号Φ
BLは“H"レベルのままである。逆に、F点の電位が“L"
レベルとされた場合では、PMOSトランジスタ1はオン状
態とされ、さらにダイオード2もオン状態とされる。す
なわち、F点の電位をPMOSトランジスタ1が増幅する状
態にされる。すると、ビット線BLの信号ΦBLは、PMOSト
ランジスタ1を介して“L"レベルへ引っ張られ、当該ビ
ット線Lには電位差が生じて所定の読み出しが行われる
ことになる。
Due to the potential at the F point, when the potential at the F point becomes the “H” level, the source, drain and gate of the PMOS transistor 1 are all at the “H” level potential.
Therefore, the PMOS transistor 1 is turned off, the potential of the bit line BL does not change, and the signal Φ
BL remains at “H” level. Conversely, the potential at point F is "L"
When the level is set, the PMOS transistor 1 is turned on and the diode 2 is also turned on. That is, the PMOS transistor 1 amplifies the potential at the point F. Then, the signal ΦBL on the bit line BL is pulled to the “L” level via the PMOS transistor 1, and a potential difference is generated on the bit line L to perform a predetermined read.

以後、時刻t7でワード線WLの電位が再び“H"レベルと
され、再び情報信号の保持動作の状態となる。
After that, at time t 7 , the potential of the word line WL is set to the “H” level again, and the information signal holding operation is resumed.

以上のような本実施例のメモリ装置は、PMOSトランジ
スタ1によって、ゲート容量に蓄積される電荷を増幅し
て読み出すことができ、したがって、キャパシタの面積
を増大させることもなく、十分なセルの出力を得ること
ができ、メモリ装置の微細化を容易に実現させることが
可能となる。また、前述のような増幅機能から、読み出
しに十分な出力信号をビット線に現すことができ、オー
プンビットライン構成としてもノイズマージンが十分に
確保されることになり、高密度化を図ることができる。
In the memory device of the present embodiment as described above, the PMOS transistor 1 can amplify and read the electric charge accumulated in the gate capacitance, and therefore, the area of the capacitor is not increased and the sufficient cell output is obtained. Therefore, it is possible to easily realize miniaturization of the memory device. Further, due to the amplification function as described above, an output signal sufficient for reading can be made to appear on the bit line, and a sufficient noise margin can be ensured even with an open bit line configuration, and high density can be achieved. it can.

また、特に本実施例のメモリ装置においては、ワード
線の電位操作によって、“2H"レベルの如きゲート容量
の電荷を確実に保持させ、ダイオード及びPMOSトランジ
スタを常にオフ状態とさせる動作をさせることができ
る。このため、情報信号は確実に記憶され、前述の増幅
機能と相まって、正確なメモリ動作が実現される。
Further, particularly in the memory device of the present embodiment, by operating the potential of the word line, the charge of the gate capacitance such as the "2H" level can be surely held and the diode and the PMOS transistor can be always turned off. it can. Therefore, the information signal is surely stored, and an accurate memory operation is realized in combination with the above-mentioned amplification function.

第2の実施例 本実施例のメモリ装置は、第4図に示す構成を有する
ものであり、第1の実施例ではPMOSトランジスタ1とし
たMISトランジスタをNMOSトランジスタ21に置き換え、
さらにダイオード2を反対極性としたダイオード22で置
換したものである。すなわち、第1の不純物拡散領域が
ワード線WLに接続され且つ第2の不純物拡散領域がビッ
ト線BLに接続されるNMOSトランジスタ21と、上記ビット
線BLに一方の電極が接続され且つ上記NMOSトランジスタ
のゲートに他方の電極が接続されるダイオード22と、上
記NMOSトランジスタのゲートに所定電位(電源電圧Vd
d)を与えるスィッチ手段SWよりなるメモリセルを有し
ている。
Second Embodiment The memory device of this embodiment has the configuration shown in FIG. 4, and in the first embodiment, the MIS transistor used as the PMOS transistor 1 is replaced with an NMOS transistor 21,
Further, the diode 2 is replaced with a diode 22 having an opposite polarity. That is, the NMOS transistor 21 having the first impurity diffusion region connected to the word line WL and the second impurity diffusion region connected to the bit line BL, and one electrode connected to the bit line BL and the NMOS transistor described above. To the gate of the NMOS transistor and the gate of the NMOS transistor, and the gate of the NMOS transistor to a predetermined potential (power supply voltage Vd
It has a memory cell consisting of a switch means SW for giving d).

このような構成からなる本実施例のメモリ装置は、第
1の実施例と同様に、NMOSトランジスタ21のゲート容量
に、情報信号としての電荷を蓄積させることができ、当
該NMOSトランジスタ21の増幅機能から、キャパシタ等の
面積を必要とせずに微細化を進めることができ、さらに
はオープンビットライン構成にして高密度化を実現する
ことができる。
Like the first embodiment, the memory device of the present embodiment having such a configuration can accumulate charges as an information signal in the gate capacitance of the NMOS transistor 21, and has an amplifying function of the NMOS transistor 21. Therefore, miniaturization can be promoted without requiring an area such as a capacitor, and further, high density can be realized with an open bit line configuration.

ここで、このような第2の実施例のメモリ装置の動作
について簡単に説明すると、書き込み時では、スィッチ
手段SWがオンとされ、ゲート電位は“H"レベル(ハイレ
ベル)とされてダイオード22を介して書き込みがなされ
る。このときワード線WLが“H"レベルにされているが、
保持動作を行うときは、“H"レベルから“L"レベルへ電
位が変化し、ゲートの電位はこれに追従して“L"レベル
若しくは“2L"レベル(“L"レベルの2倍の低い電位)
にされる。そして、読み出し時には、ワード線WLの電位
が“H"レベルにされて、NMOSトランジスタ21の増幅によ
ってビット線BLの電位が与えられることになる。すなわ
ち、第2の実施例のメモリ装置の動作は第1の実施例の
メモリ装置の動作とは、対称的な電位によって制御され
ることになる。
Here, the operation of the memory device of the second embodiment will be briefly described. At the time of writing, the switch SW is turned on, the gate potential is set to "H" level (high level), and the diode 22 is turned on. Is written via. At this time, the word line WL is set to "H" level,
When the holding operation is performed, the potential changes from "H" level to "L" level, and the potential of the gate follows this and is at "L" level or "2L" level (twice as low as "L" level. potential)
To be. Then, at the time of reading, the potential of the word line WL is set to the “H” level, and the potential of the bit line BL is given by the amplification of the NMOS transistor 21. That is, the operation of the memory device of the second embodiment is controlled by the potential symmetrical to the operation of the memory device of the first embodiment.

第3の実施例 本実施例は、メモリセルの構造の具体的な構造例であ
って、本実施例を第5図および第6図を参照しながら説
明する。
Third Embodiment This embodiment is a specific structural example of the structure of a memory cell, and this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

すなわち、第5図は、本実施例のメモリ装置のメモリ
セル部分の断面図であって、N型の半導体基板51の表面
にP+型の第1の不純物拡散領域52とP+型の第2の不純物
拡散領域53が形成され、PMOSトランジスタのソース・ド
レイン領域とされている。この第1の不純物拡散領域52
はワード線と接続され、第2の不純物拡散領域53は絶縁
層59に囲まれたP型の不純物領域56を介してビット線と
してのアルミ配線層57と接続する。上記P型の不純物領
域56の一部は絶縁層54上に延在されて上記PMOSトランジ
スタのゲートとなるN+型の半導体領域55とされ、そのN+
型の半導体領域55とP型の不純物領域56の間のPN接合部
がダイオードとして機能する。上記ゲートとして機能す
るN+型の半導体領域55の上部は、所定電圧にリセットす
るためのスイッチ手段を構成するゲート58が形成されて
おり、このゲートに所定の電圧が印加されるときに、上
記N+型の半導体領域55の電位は接地電位となる。
That is, FIG. 5 is a cross-sectional view of the memory cell portion of the memory device of the present embodiment, in which the P + -type first impurity diffusion region 52 and the P + -type first impurity diffusion region 52 are formed on the surface of the N-type semiconductor substrate 51. The second impurity diffusion region 53 is formed and serves as the source / drain region of the PMOS transistor. This first impurity diffusion region 52
Is connected to a word line, and the second impurity diffusion region 53 is connected to an aluminum wiring layer 57 as a bit line via a P-type impurity region 56 surrounded by an insulating layer 59. Part of the P-type impurity region 56 is a semiconductor region 55 of the N + -type which is a gate of the PMOS transistor is extended over the insulating layer 54, the N +
The PN junction between the p-type semiconductor region 55 and the p-type impurity region 56 functions as a diode. A gate 58, which constitutes a switch means for resetting to a predetermined voltage, is formed on the upper part of the N + type semiconductor region 55 functioning as the gate, and when a predetermined voltage is applied to the gate, The potential of the N + type semiconductor region 55 becomes the ground potential.

このN+型の半導体領域55は、本実施例において特に電
荷が蓄積される領域であり、第1の実施例のように、そ
の電位はワード線の電位に追従して確実に情報信号の保
持がなされることから、第1の不純物拡散領域52との対
向する面積を大きくするように当該N+型の半導体領域55
は形成されている。
This N + type semiconductor region 55 is a region in which electric charges are particularly accumulated in this embodiment, and its potential follows the potential of the word line to surely retain the information signal as in the first embodiment. Therefore, the N + type semiconductor region 55 is formed so as to increase the area facing the first impurity diffusion region 52.
Has been formed.

第6図は、このようなメモリ装置におけるワード線と
平行した一行のメモリセルを取り出したところの平面図
であって、基板61上に、図中縦方向に複数本(n本)設
けられた各配線はビット線BL1〜BLnである。また、図中
横方向に形成された配線は、ワード線WLm-1,WLmであ
る。各ビット線BL1〜Blnと各コンタクトホール64を介し
て接続し且つその端部で接地電位が与えられる半導体領
域62は、それぞれビット線BL1〜Blnの下部およびその近
傍でN型の領域とされ、隣のビットのメモリセルとは各
々P型の領域で分離されている。そして、このような交
互にN型の領域とP型の領域が設けられた半導体領域62
上には、この半導体領域62を被うように、絶縁膜を介し
て半導体層63(すなわち第5図のゲート58)が形成され
ている。
FIG. 6 is a plan view showing a row of memory cells taken out in parallel with the word lines in such a memory device, and a plurality of (n) memory cells are provided on a substrate 61 in the vertical direction in the figure. Each wiring is a bit line BL 1 to BL n . Wirings formed in the horizontal direction in the drawing are word lines WL m-1 and WL m . The semiconductor regions 62, which are connected to the bit lines BL 1 to Bl n through the contact holes 64 and to which the ground potential is applied at their ends, are of N-type under the bit lines BL 1 to Bl n and in the vicinity thereof, respectively. The memory cells of the adjacent bits are separated from each other by P-type regions. Then, the semiconductor region 62 having such N-type regions and P-type regions alternately provided.
A semiconductor layer 63 (that is, the gate 58 in FIG. 5) is formed above the semiconductor region 62 with an insulating film interposed therebetween.

このような構造を有する本実施例のメモリ装置は、半
導体領域55(すなわち第6図の半導体領域62のN型の領
域)に電荷が蓄積され、その電荷によってPMOSトランジ
スタを動作させて読み出し等が行われる。そして、特に
本実施例のメモリ装置では、上記半導体領域63に所定の
電圧が印加された場合、ビット線BLnの下部のN型の領
域からビット線BL1の下部のN型の領域までが導通する
ことになり、したがって、端部の接地電位が当該半導体
領域62の全域に行きわたってリセット状態となる。この
ような構成によって各ビットに亘ってリセット動作が行
われ、高速な書き込み動作等が実現されることになる。
In the memory device of this embodiment having such a structure, charges are accumulated in the semiconductor region 55 (that is, the N-type region of the semiconductor region 62 of FIG. 6), and the PMOS transistor is operated by the charges to read data. Done. In particular, in the memory device of this embodiment, when a predetermined voltage is applied to the semiconductor region 63, the region from the N-type region under the bit line BL n to the N-type region under the bit line BL 1 is changed. As a result, the ground potential of the end portion is spread over the entire area of the semiconductor region 62 and the reset state is established. With such a configuration, the reset operation is performed over each bit, and a high speed write operation or the like is realized.

なお、第3の実施例のメモリ装置では、それぞれP型
とN型を交換することもできる。
In the memory device of the third embodiment, the P type and the N type can be exchanged, respectively.

H.発明の効果 本発明のメモリ装置は、上述のように、MISトランジ
スタを用いてゲート容量に蓄積された電荷を増幅して読
み出すことができ、したがって、キャパシタの面積を増
大させることもなく、十分なセルの出力を得ることがで
き、メモリ装置の微細化を容易に実現させることが可能
となる。また、前述のような増幅機能から、読み出しに
十分な出力信号をビット線に現すことができ、オープン
ビットライン構成としてもノイズマージンが十分に確保
されることになり、高密度化を図ることができる。
H. Effect of the Invention As described above, the memory device of the present invention can amplify and read the charge accumulated in the gate capacitance by using the MIS transistor, and therefore, without increasing the area of the capacitor, Sufficient cell output can be obtained, and miniaturization of the memory device can be easily realized. Further, due to the amplification function as described above, an output signal sufficient for reading can be made to appear on the bit line, and a sufficient noise margin can be ensured even with an open bit line configuration, and high density can be achieved. it can.

また、特に本実施例のメモリ装置においては、ワード
線の電位制御によって、情報信号は確実に記憶され、前
述の増幅機能と相まって、正確なメモリ動作が実現され
る。
Further, particularly in the memory device of this embodiment, the information signal is surely stored by the potential control of the word line, and an accurate memory operation is realized in combination with the above-mentioned amplification function.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のメモリ装置のメモリセル構造の一例を
示す回路図、第2図はその書き込み時の動作を説明する
ためのタイムチャート、第3図は上記メモリ装置の読み
出し時の動作を説明するためのタイムチャートである。
また、第4図は本発明のメモリ装置のメモリセル構造の
他の一例を示す回路図、第5図は本発明のメモリ装置の
さらに他の例の具体的構造を示す断面図、第6図は本発
明のメモリ装置のさらに他の例の上記具体的構造の平面
図である。 1……PMOSトランジスタ 21……NMOSトランジスタ 2,22……ダイオード BL……ビット線 WL……ワード線 SW……スィッチ手段
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a memory cell structure of the memory device of the present invention, FIG. 2 is a time chart for explaining the operation at the time of writing, and FIG. 3 is an operation at the time of reading of the memory device. It is a time chart for explaining.
FIG. 4 is a circuit diagram showing another example of the memory cell structure of the memory device of the present invention, FIG. 5 is a sectional view showing a specific structure of still another example of the memory device of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a plan view of the above specific structure of still another example of the memory device of the present invention. 1 …… PMOS transistor 21 …… NMOS transistor 2,22 …… Diode BL …… Bit line WL …… Word line SW …… Switch means

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の不純物拡散領域がワード線に接続さ
れ、第2の不純物拡散領域がビット線に接続されるMIS
トランジスタと、 上記ビット線に一方の電極が接続され、上記MISトラン
ジスタのゲートに他方の電極が接続されるダイオード
と、 上記MISトランジスタのゲートに所定電位を与えるスィ
ッチ手段よりなるメモリセルを有するメモリ装置。
1. A MIS in which a first impurity diffusion region is connected to a word line and a second impurity diffusion region is connected to a bit line.
A memory device including a transistor, a diode having one electrode connected to the bit line and the other electrode connected to the gate of the MIS transistor, and a memory cell including a switch means for applying a predetermined potential to the gate of the MIS transistor. .
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